CN112724698B - 高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料及制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，公开了一种高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料及制备和使用方法。包括如下质量份的组分：TQY柔韧性环氧树脂25～50份；双酚F高温固化环氧树脂25～50份；耐高温活性增韧剂10～30份；液体酸酐固化剂10～40份；耐高温韧性固化剂5～25份；含羟基活性稀释剂10～50份；70(90#)重交机制沥青100～200份。同时具有优异的抗老化性能和高的粘接强度。

Description

高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料及制备和使用方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料及制备和使用方法。

背景技术

本发明对于背景技术的描述属于与本发明相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本发明的发明内容，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本发明在首次提出申请的申请日的现有技术。

随着我国公路网的不断完善，通车里程数不断攀升，公路养护已成为继公路建设热潮之后必须正视的一个问题。在公路养护工作中，预防性养护已成为近几年讨论的热点。预防性养护是一种养护理念，其基本出发点是通过早期养护，延缓路面的病害发展，推迟后期维修重建时间，延长路面使用寿命，最终获得更高的费效比。

众所周知，沥青老化是沥青路面出现各种病害的主要原因之一。公路建设中，即在拌和、转运、摊铺和碾压过程中，受持续高温的影响，沥青针入度会大幅下降，粘度大幅升高。通常，拌和后的沥青针入度仅为原始值的60％～75％。“短期老化”虽持续时间很短，但对沥青性能的破坏力很强，影响到新建沥青路面的整体性能。沥青惰性成分为沥青质，活性成分包含初级酸、次级酸、极性化合物(胶质)和饱和烃四种主要成分。活性成分在温度和空气作用下，在沥青路面的建设和养护阶段，都会发生不同程度的氧化，即沥青的氧化老化。另外，压实后的新建沥青路面，仍然具有一定的渗透性。通常，需要依赖通车后的反复辗压，路面才会逐渐密实。而在通车前，大量空气和水渗透到新建沥青路面，也会加速新建路面的老化。沥青路面通车后，受到环境温度、太阳辐射、空气氧化、水侵蚀、交通磨损等外界因素的影响，沥青将进一步老化，即进入“长期老化”周期，具体表现为路面发白、变脆、面层骨料脱落等，进而引发裂缝、坑槽和透水等路面病害。这种长期老化过程将会持续减弱沥青路面的使用性能。这些病害主要发生在要表面1.5cm～2cm的功能使用层，而目前处置这些病害的方法大都采用稀浆封层、雾封法、微表处、4cm铣刨摊铺等，也取得一定效果，但也存在很多不足，稀浆封层和雾封技术对表面封水有一定帮助但耐久性差，一般使用3个月后即产生剥落失效，微表处也是一种功能层预养护技术，他成本低施工简便，因水性沥青的存在，施工养生时间长，容易剥落且构造深度和磨擦系数衰减快，不宜用于重交通路面，铣刨4cm重新摊铺法，真正有病害的仅在1.5cm～2cm的功能层，而结构层基本完好，受技术限制，必须铣刨4cm以上才满足现有施工工艺，保证质量，该方法成本高，废料多，浪费大，对环镜亦不友好，基于上述原因，急于开发一种施工简便，耐候性好，粘接强度高，噪声小，磨擦系数大，性价比高的功能性养护新材料和技术，来满足国内快速增长的交通需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料及制备和使用方法，本发明的高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料同时具有优异的抗老化性能，抗车辙性能和高的粘接强度。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料，包括如下质量份的组分：

进一步的，包括如下质量份的组分：

进一步的，所述耐高温活性增韧剂为由粘度在10-100(25℃，mPa.s)，带羧基、羟基封端的大量支化结构和饱和脂环结构的超支化聚酯。

进一步的，所述液体酸酐固化剂为液态甲基四氢苯酐固化剂。

进一步的，所述耐高温韧性固化剂为市售固体带苯基等多种耐高温活性基团固化剂。

进一步的，所述含羟基活性稀释剂是粘度为40～100(25℃，mPa.s)的植物多烯酚衍生物。

进一步的，所述70(90#)重交机制沥青为市售壳牌或盘锦沥青。

一种高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料的制备方法，包括如下步骤：

1)先将TQY柔韧性环氧树脂与双酚F高温固化环氧树脂按比例放入加热搅拌桶升温至80℃；

2)按比例加入耐高温活性增韧剂，以100～200r/min速度搅拌30-60min，冷却至常温为A组份；

3)将活性稀释剂加入另外的加热搅拌桶，升温至100℃～120℃，加入固体耐高温韧性固化剂，以200～300r/min速度搅拌，直至完全溶解，停止加温，冷却到50℃后加入液体酸酐固化剂，充分混合，冷却后形成复合固化剂B组份；

4)将加工后的环氧A组份和固化剂B组份各自加热到160℃混合按A：B＝1：1，加入到同质量份数升温170℃后的机制沥青中搅拌均匀即为桥(路)面高性能降噪超薄磨耗层高温二次固化环氧沥青组合物。

一种高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料使用方法，将所述的组合物用沥青洒布车进行喷涂即为环氧沥青二次固化粘接层。

进一步的，将所述的组合物按上述级配在在180℃的状况下混合即为桥(路)面高性能降噪超薄磨耗层高温二次固化环氧沥青混合料，直接按1.5cm～2cm摊铺即为高性能降噪超薄磨耗层。

本发明实施例具有如下有益效果：

本发明提供的一种高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料及制备和使用方法，是采用环氧树脂作为改性剂的高性能改性沥青材料，环氧树脂在固化剂作用下可以形成不可逆的空间网络体系赋予材料较高强度，他具有施工厚度薄，仅为1.5cm～2cm左右，不影响标高限制，黏结强度，拉伸强度、弯曲强度和抗压强度较高，能承受大流量高荷载，构造深度大，可以提高路面抗滑系数，抗车辙能力强，降低交通事故率；防水能力超强，保护原有路面结构层因水的侵蚀产生新的病害，降低噪音，降低溅水，改善行车舒适性及提高行驶安全性，施工简便，造价较低。改善路面的使用性能，延长沥青路面的服务寿命。基于上述原因，本发明很好的改决了上述已有技术的不足。

具体实施方式

下面结合实施例对本申请进行进一步的介绍。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。不同实施例之间可以替换或者合并组合，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的实施方式。

下面结合实施例对本发明提供的进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

一种高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料，包括如下质量份的组分：

在本发明的一些实施例中，包括如下质量份的组分：

在本发明的一些实施例中，所述耐高温活性增韧剂为由粘度在10-100(25℃，mPa.s)，带羧基、羟基封端的大量支化结构和饱和脂环结构的超支化聚酯。

在本发明的一些实施例中，所述液体酸酐固化剂为液态甲基四氢苯酐固化剂。

在本发明的一些实施例中，所述耐高温韧性固化剂为市售固体带苯基等多种耐高温活性基团固化剂。

在本发明的一些实施例中，所述含羟基活性稀释剂是粘度为40～100(25℃，mPa.s)的植物多烯酚衍生物。

在本发明的一些实施例中，所述70(90#)重交机制沥青为市售壳牌或盘锦沥青。

一种高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料的制备方法，包括如下步骤：

1)先将TQY柔韧性环氧树脂与双酚F高温固化环氧树脂按比例放入加热搅拌桶升温至80℃；

2)按比例加入耐高温活性增韧剂，以100～200r/min速度搅拌30-60min，冷却至常温为A组份；

3)将活性稀释剂加入另外的加热搅拌桶，升温至100℃～120℃，加入固体耐高温韧性固化剂，以200～300r/min速度搅拌，直至完全溶解，停止加温，冷却到50℃后加入液体酸酐固化剂，充分混合，冷却后形成复合固化剂B组份；

4)将加工后的环氧A组份和固化剂B组份各自加热到160℃混合按A：B＝1：1，加入到同质量份数升温170℃后的机制沥青中搅拌均匀即为桥(路)面高性能降噪超薄磨耗层高温二次固化环氧沥青组合物。

一种高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料使用方法，将所述的组合物用沥青洒布车进行喷涂即为环氧沥青二次固化粘接层。

在本发明的一些实施例中，将所述的组合物按上述级配在在180℃的状况下混合即为桥(路)面高性能降噪超薄磨耗层高温二次固化环氧沥青混合料，直接按1.5cm～2cm摊铺即为高性能降噪超薄磨耗层。

在本发明的一些实施例中，以质量份计，高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料包括TQY柔韧性环氧树脂25～50份，在一些优选实施例中为30～45份，在另一些优选实施例中为35～40份。本发明实施例中的TQY柔韧性环氧树脂为自制的环氧树脂，他作为粘接剂的主要组份，与沥青相容性好。低粘度的TQY柔韧性环氧树脂可与沥青分散熔融，固化后形成网络结构，使改性后的固化物黏着力强、力学强度高、常温不完全固化、在二次固化中具有初次固化性能、在高温下具有撒铺冷却后不粘轮的作用。TQY柔韧性环氧树脂为自制环氧当量在400g/eq～500g/eq环氧树脂，是一类新型的环氧树脂。其制备原理是通过对聚合物分子结构中硬段与软段进行合理设计，从而使固化产物具有不同的柔韧性。这种柔韧性环氧树脂是以双酚A为硬段，接枝一定数量的环氧丙烷和环氧乙烷作为软段，生成双酚A聚醚多元醇，然后再与环氧氯丙烷和氢氧化钠分别进行开环和闭环反应，合成所需的柔韧性环氧树脂。这种环氧树脂与合适的固化剂固化后，固化物既具有双酚A结构带来的刚性和高强度，又具有聚醚链段带来的良好柔韧性。它的问世，将改变人们心目中一直认为环氧树脂硬脆的慨念，使环氧树脂赋予新的用途。

在以往的环氧树脂配方设计中，为了解决固化产物的开裂问题，往往需加入大量增韧剂或增塑剂，其结果导致电性能、耐热性能与耐化学性能降低。而柔韧性环氧树脂本身带有活泼的环氧基,与各种固化剂具有良好反应性，因而使固化产物不仅具有弹性、高的延伸率,而且还具有优良的耐化学性能、电绝缘性能与机械强度。

在本发明的一些实施例中所述双酚F高温固化环氧树脂25～50份，在一些优选实施例中为30～45份，在另一些优选实施例中为35～40份。

双酚F高温固化环氧树脂具有粘度低、耐高温性好、它的加入使复配物固化耐热性大幅度提高、粘度大幅度降低、在沥青中分散熔融更均匀。本发明所述双酚F高温固化环氧树脂为环氧当量在160g/eq～175g/eq的环氧树脂。双酚F高温固化环氧树脂，又称双酚F二缩水甘油醚，是由苯酚与甲醛在酸性催化下反应生成双酚F(简称BPF)，再与环氧氯丙烷在氢氧化钠存在下进行缩聚反应制得。这是为了降低双酚A型环氧树脂本身的粘度并具有同样性能而研制出的一种新型环氧树脂。通常是用双酚F(二酚基甲烷)与环氧氯丙烷在NaOH作用下反应而得的液态双酚F型环氧树脂。也可合成出固态双酚F型环氧树脂(多采用两步法合成)。工业级双酚F是双酚F的各种异构体(约占90％)和少量三元酚的混合物。由它制得的环氧树脂中含有少量支链结构。双酚F型环氧树脂的特点是黏度小(不到双酚A型环氧树脂黏度的1/3)，对沥青的相容性好。其固化物的性能与双酚A型环氧树脂几乎相同。液态双酚F型环氧树脂可用于无溶剂涂料、胶粘剂、铸塑料、玻璃钢及碳纤维复合材料等。市售的来源需典型的有jER806或jER807型环氧树脂。作为本发明所述耐高温活性增韧剂10～30份，在一些优选实施例中为15～25份，在另一些优选实施例中为15～20份；所述耐高温活性增韧剂为由粘度在10-100(25℃，mPa.s)、带羧基、羟基封端的大量支化结构的并带有饱和脂环结构的超支化聚酯，如市售的CYH-277等，该活性增韧剂具有高沸点，含活性基团可参与反应、使环氧复配物的相容性大幅度提高，韧性增加，使环氧沥青组合物弹性模量降低。本发明所述液体酸酐固化剂10～40份，优选为15～35份，更优选为20～30份；所述液体酸酐固化剂为市售液态甲基四氢苯酐固化剂。该固化剂是能够在200℃以上固化环氧树脂的高温固化剂。因环氧沥青组合物加工时的温度在150℃～200℃，该固化剂完全满足高温加工要求。本发明所述耐高温韧性固化剂为市售固体带苯基等多种耐高温活性基团的固化剂，如新稀高温增韧固化剂SH-200/201等。该耐高温增韧固化剂是由多种化合物聚合而成，可实现产品的二次固化(即120-130)度实现不完全固化，再150度以上可实现完全固化；由于带有苯基等多种耐高温的活性基团，促使固化物具有耐高温的特性，可长期在200℃的温度下工作，属于高性能环保固化剂。

该耐高温韧性固化剂能与甲基四氢苯酐反应形成复合固化体系、即保证了初次固化不粘轮、又在摊铺过程中二次熔融固化、提高了粘结强度。

本发明所述含羟基活性稀释剂10～50份，在本发明的一些优选实施例中15～45份，本发明的一些优选实施例中20～40份；所述含羟基活性稀释剂是粘度为40～100(25℃，mPa.s)的高沸点的植物多烯酚衍生物。该活性稀释剂可降低粘度、提高环氧体系性能、降低组合物成本，如德坤PRL-1900。

本发明所述70(90#)重交机制沥青150～200份，在本发明的一些优选实施例中为140～180份，本发明的另一些优选实施例中为145～170份；所述70(90#)重交机制沥青为市售壳牌或盘锦沥青，沥青可提高组合物韧性，降低施工单价。

本发明还提供了上述技术方案所述的一种高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料及生产方法的使用方法，包括如下步骤：

1)先将TQY柔韧性环氧树脂与双酚F高温固化环氧树脂按比例放入加热搅拌桶升温至80℃；

2)按比例加入耐高温活性增韧剂，以100～200r/min速度搅拌30-60min冷却至常温为A组份。

3)将活性稀释剂加入另外的加热搅拌桶，升温至100℃～120℃，加入固体耐高温韧性固化剂，以200～300r/min搅拌速度，搅拌至完全溶解，停止加温，冷却到50℃后加入液体酸酐固化剂，充分混合，冷却后形成复合固化剂B组份。

4)将加工后的环氧A组份和固化剂B组份各自加热到160℃混合按A：B＝1：1，加入到同质量份数升温170℃度后的机制沥青中搅拌均匀即为桥(路)面高性能降噪超薄磨耗层高温二次固化环氧沥青组合物。

5)将该组合物用沥青洒布车170℃温度下进行喷涂即为环氧沥青粘接层。

6)将该组合物按如下级配在180℃温度下混合即为桥(路)面高性能降噪超薄磨耗层高温二次固化环氧沥青混合料，直接按1.5cm～2cm摊铺即为高性能降噪超薄磨耗层。

表1.各级集料在混合料中的比例及合成级配

表2.油石比体积指标试验结果

将该组合物用沥青洒布车170℃温度下进行喷涂即为环氧沥青二次固化粘接层。

将该组合物按级配在180℃温度下混合即为桥(路)面高性能降噪超薄磨耗层高温二次固化环氧沥青混合料，直接按1.5cm～2cm摊铺即为高性能降噪超薄磨耗层。

实施例1

将上述TQY柔韧性环氧树脂40份、双酚F高温固化环氧树脂40份、耐高温活性增韧剂20份、分别投入带升温装置的搅拌机，升温至80℃、以100～200r/min速度搅拌30-60min，冷却至常温为A组份。

将上述活性稀释剂50份加入另外的加热搅拌桶，升温至100℃～120℃放入固体耐高温韧性固化剂10份，以200～300r/min搅拌速度，搅拌至完全溶解。停止加温，冷却到50℃后加入液体酸酐固化剂40份，充分混合，冷却后形成复合固化剂B组份。

将上述AB组份按100：100加入200份机制沥青中以50～100r/min搅拌速度，搅拌均匀，得到一种高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料。

实施例2

TQY柔韧性环氧树脂35份；

双酚F高温固化环氧树脂35份；

耐高温活性增韧剂10份；

液体酸酐固化剂35份；

耐高温韧性固化剂8份；

含羟基活性稀释剂37份；

70(90#)重交机制沥青200份；

将上述TQY柔韧性环氧树脂35份、双酚F高温固化环氧树脂35份份、耐高温活性增韧剂10份、分别投入带升温装置的搅拌机，升温至80℃、以100～200r/min速度搅拌30-60min，冷却至常温为A组份。

将上述活性稀释剂37份加入另外的加热搅拌桶，升温至100℃～120℃放入耐高温韧性固化剂8份、以200～300r/min速度搅拌，直至完全溶解。停止加温，冷却到50℃后加入液体酸酐固化剂35份，以100～150r/min速度搅拌，充分混合，冷却后形成复合固化剂B组份。

将上述AB组份按80：80加入200份机制沥青中，在180℃温度下按转速50～100r/min搅拌3～5min得到一种高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料，直接按1.5cm～2cm摊铺即为高性能降噪超薄磨耗层。

将实施例中1的所述一种高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料及生产方法进行性能测试，测试方法为环氧沥青道面设计与施工技术规范(MH/T5041-2019)，具体测试结果如表3和4所示：

表3实施例1所得环氧沥青组合物性能测试结果

技术指标	技术要求	实测	试验方法
				拉伸强度(MPa)	≥10	1.5	GB/T528
断裂延伸率(％)	≥100	120	GB/T528

表4实施例1油石比体积指标试验结果

将实施例2中的所述一种高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料及生产方法进行性能测试，测试方法为环氧沥青道面设计与施工技术规范(MH/T5041-2019)，具体测试结果如表5和6所示：

表5实施例2所得环氧沥青组合物性能测试结果

技术指标	技术要求	实测	试验方法
				拉伸强度(MPa)	≥10	1.2	GB/T528
断裂延伸率(％)	≥100	110	GB/T528

表6实施例2油石比体积指标试验结果

其中，技术指标是参考环氧沥青道面设计与施工技术规范(MH/T5041-2019)。

SMA与ESMA混合料马歇尔试验实测数据对比如表7所示：

表7

从表中的测试数据可看出，本发明制备的一种高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料及生产方法进具有高的粘接效果，优异的稳定性。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上介绍仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料，其特征在于，包括如下质量份的组分：

TQY 柔韧性环氧树脂 25~50份；

双酚F高温固化环氧树脂 25~50份；

耐高温活性增韧剂 10~30份；

液体酸酐固化剂 10~40份；

耐高温韧性固化剂 5~25份；

含羟基活性稀释剂 10~50份；

70或90#重交基质沥青 100~200份；

所述TQY柔韧性环氧树脂的环氧当量为400g/eq～500g/eq，是以双酚A为硬段，接枝一定数量的环氧丙烷和环氧乙烷作为软段，生成双酚A聚醚多元醇，然后再与环氧氯丙烷和氢氧化钠分别进行开环和闭环反应合成的柔韧性环氧树脂；

所述双酚F高温固化环氧树脂的环氧当量为160g/eq～175g/eq，是由苯酚与甲醛在酸性催化下反应生成双酚F，再与环氧氯丙烷在氢氧化钠存在下进行缩聚反应制得的环氧树脂；

所述耐高温活性增韧剂为CYH-277；

所述液体酸酐固化剂为液态甲基四氢苯酐固化剂；

所述耐高温韧性固化剂为SH-200/201；

所述含羟基活性稀释剂是25℃粘度为40～100 mPa·s的植物多烯酚衍生物。

2.根据权利要求1所述的高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料，其特征在于，包括如下质量份的组分：

TQY 柔韧性环氧树脂 30~45份；

双酚F高温固化环氧树脂 30~45份；

耐高温活性增韧剂 15~25份；

液体酸酐固化剂 15~35份；

耐高温韧性固化剂 10~20份；

含羟基活性稀释剂 15~40份；

70或90#重交基质沥青 150~200份。

3.根据权利要求1或2所述的高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料，其特征在于，所述70或90#重交基质沥青为市售壳牌或盘锦沥青。

4.权利要求1～3任一项所述的高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)先将TQY柔韧性环氧树脂与双酚F高温固化环氧树脂按比例放入加热搅拌桶升温至80℃；

2)按比例加入耐高温活性增韧剂，以100～200r/min速度搅拌30-60min，冷却至常温为A组份；

3)将活性稀释剂加入另外的加热搅拌桶，升温至100℃～120℃，加入固体耐高温韧性固化剂，以200～300r/min速度搅拌，直至完全溶解，停止加温，冷却到50℃后加入液体酸酐固化剂，充分混合，冷却后形成复合固化剂B组份；

4)将加工后的环氧A组份和固化剂B组份各自加热到160℃混合按A：B＝1：1，加入到同质量份数升温170℃后的基质沥青中搅拌均匀即为高温二次固化环氧沥青组合物。

5.权利要求1～3任一项所述的高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料的使用方法，其特征在于，将所述的高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料用沥青洒布车进行喷涂即为环氧沥青二次固化粘接层。

6.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于，将所述的高温二次固化环氧改性沥青路面铺装材料在180℃的条件下混合后，直接按1.5cm～2cm摊铺，制备得到高性能降噪超薄磨耗层。